DE202014000199U1

DE202014000199U1 - Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe

Info

Publication number: DE202014000199U1
Application number: DE202014000199.5U
Authority: DE
Original assignee: Oerlikon Leybold Vacuum GmbH
Current assignee: Leybold GmbH
Priority date: 2014-01-08
Filing date: 2014-01-08
Publication date: 2015-04-09
Anticipated expiration: 2024-01-09

Abstract

Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe, insbesondere Drehschieberpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse (10) ausgebildeten Schöpfraum (12), einem in dem Schöpfraum (12) angeordneten Förderelement (16, 18), einem mit dem Schöpfraum (12) verbundenen Einlass (26), einem mit dem Schöpfraum (12) verbundenen Auslass (30), einer Schmiermittel-Zuführeinrichtung (34) zur Zufuhr von Schmiermittel zu dem Förderelement (16, 18) und einem mit dem Auslass (30) verbundenen Schmiermittel-Abscheider (42), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schmiermittel-Abscheider (42) eine Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) verbunden ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe, insbesondere eine Drehschieberpumpe.
Vakuumpumpen wie beispielsweise Drehschieberpumpen weisen in einem Pumpengehäuse einen Schöpfraum auf. In dem Schöpfraum ist zum Fördern eines gasförmigen Mediums ein Förderelement angeordnet. Bei einer Drehschieberpumpe ist das Förderelement in einem kreiszylindrischen Schöpfraum angeordnet und weist ein exzentrisch in dem Schöpfraum angeordnetes Rotorelement auf. Das Rotorelement trägt mehrere in Schlitzen radial verschiebbare Schieber. Die Schieber liegen an einer Innenwand des Schöpfraums an. Durch Rotation des exzentrisch angeordneten Rotorelements erfolgt ein Fördern des Mediums mit Hilfe der sich in ihrer Größe durch die Rotation verändernden, zwischen benachbarten Schiebern angeordneten Kammern von einem Einlass des Schöpfraums zu einem Auslass. Die Abdichtung der einzelnen zwischen den Schiebern angeordneten Kammern erfolgt mit Hilfe eines Schmiermittels wie Öl. Hierzu wird Schmiermittel in einen Anlagebereich zwischen den Schiebern und der Innenwand des Schöpfraums gefördert. Die Schmiermittelzufuhr erfolgt üblicherweise über das Rotorelement, die die Schieber aufweisenden Schlitze im Rotorelement und über mindestens einen in jedem Schieber angeordneten Förderkanal in den Anlagebereich. Das von der Drehschieberpumpe geförderte gasförmige Medium nimmt beim Fördern durch den Schöpfraum einen Teil des Schmiermittels auf. An einem üblicherweise mit einem Rückschlagventil versehenen Auslass der Drehschieberpumpe weist das komprimierte Medium somit Öl auf. Das Öl wird aus dem gasförmigen Medium mit Hilfe eines Ölabscheiders abgeschieden. Das abgeschiedene Öl wird sodann über eine Schmiermittel-Rückführeinrichtung wieder der Vakuumpumpe zugeführt, so dass das Schmiermittel im Kreis gefördert wird.
Zur Erzeugung von hohen Drücken am Pumpenauslass bzw. zum Erzeugen von hohem Vakuum mit Hilfe von Drehschieberpumpen ist es nach dem Stand der Technik erforderlich, zweistufige Drehschieberpumpen einzusetzen oder mehrere Vakuumpumpen in Reihe zu schalten. Mit zweistufigen Drehschieberpumpen kann Vakuum im Bereich von ca. 10^–3 mbar erzeugt werden.
Aufgabe der Erfindung ist es, die durch schmiermittelgedichtete Vakuumpumpen, insbesondere Drehschieberpumpen erzielbaren Vakuumdrücke zu verringern.
Die Lösung der Aufgabe erfolgt erfindungsgemäß durch die Merkmale des Anspruchs 1.
Die erfindungsgemäße Vakuumpumpe, bei der es sich insbesondere um eine Drehschieberpumpe und besonders bevorzugt um eine einstufige Drehschieberpumpe handelt, weist ein Pumpengehäuse auf, das einen Schöpfraum ausbildet. In dem Schöpfraum ist ein Förderelement angeordnet. Der Schöpfraum ist mit einem Einlass und einem Auslass verbunden. Ferner ist eine Schmiermittel-Zuführeinrichtung, die beispielsweise eine Schmierölpumpe umfasst, vorgesehen. Mit Hilfe der Schmiermittel-Zuführeinrichtung erfolgt eine Zufuhr von Schmiermittel, insbesondere Öl zu dem Förderelement. Da das geförderte gasförmige Medium beim Fördern einen Teil des Schmiermittels aufnimmt, ist mit dem Auslass der Vakuumpumpe ein Schmiermittel-Abscheider verbunden. Das abgeschiedene Schmiermittel wird vorzugsweise über eine Schmiermittel-Rückführeinrichtung wieder dem Schmiermittelkreislauf zugeführt.
Bei schmiermittelgedichteten Vakuumpumpen handelt es sich insbesondere um Drehschieberpumpen, wobei die Erfindung auch bei anderen schmiermittelgedichteten Vakuumpumpen wie beispielsweise Sperrschieberpumpen eingesetzt werden kann. Die Erfindung wird im nachfolgenden insbesondere anhand einer Drehschieberpumpe erläutert.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass das Schmiermittel auch gasförmige Bestandteile aufweist und hierdurch der erzielbare Enddruck bzw. das erzielbare Vakuum begrenzt ist. Erfindungsgemäß ist daher mit dem Schmiermittel-Abscheider eine Schmiermittel-Entgasungseinrichtung verbunden. Das aus dem geförderten gasförmigen Medium abgeschiedene Schmiermittel wird somit in der Schmiermittel-Entgasungseinrichtung zumindest teilweise entgast. Das entgaste Schmiermittel wird sodann zur Schmierung und Abdichtung dem Förderelement zugeführt. Bei einer Drehschieberpumpe erfolgt das Zuführen des Schmiermittels in einen Anlagebereich zwischen Schiebern und einer Innenwand des Schöpfraums. Durch das erfindungsgemäße Entgasen des Schmiermittels können mit einer schmiermittelgedichteten Vakuumpumpe niedrigere Enddrücke bzw. höheres Vakuum erzeugt werden.
Vorzugsweise weist die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung einen auf das Schmiermittel einwirkenden Schallwellengenerator auf. Bevorzugt ist, dass der Schallwellengenerator Ultraschallwellen erzeugt. Vorzugsweise werden durch den Schallwellengenerator in dem Schmiermittel Vakuumbläschen erzeugt. Durch das Beaufschlagen des Schmiermittels mit Schall, insbesondere Ultraschall werden in dem Schmiermittel kleine Vakuumblasen, d. h. Hohlräume erzeugt. Vorzugsweise entstehen hierbei Blasen mit geringer Größe. Da gleichzeitig eine Vielzahl derartiger Bläschen mit Hilfe des Schallwellengenerators erzeugt wird, ergibt sich eine sehr große Blasengesamtoberfläche in dem Schmiermittel. Auf der einen Seite der Vakuumblasen ist somit Schmiermittel vorgesehen, wobei durch das Vakuum in den Blasen gasförmige Bestandteile des Schmiermittels in die Vakuumblasen gelangen. Das in dem Schmiermittel gelöste Gas migriert über die Oberfläche der Vakuumblasen in diese. Aufgrund des hierdurch steigenden Drucks in den Blasen vergrößert sich das Volumen der Blasen. Die Blasen steigen an die Oberfläche des Schmiermittels, so dass eine Entgasung des Schmiermittels erfolgt. Durch die Schallwellen, insbesondere die Ultraschallwellen wird ferner eine Annäherung und das Zusammenwachsen nahegelegener Blasen gefördert. Dies führt zu einem beschleunigten Blasenwachstum und somit zu einem beschleunigten Entgasen des Schmiermittels. Außerdem werden durch die Schallwellen Bläschen von der Gehäusewand, in der sich das Schmiermittel befindet, entfernt. Mit einer derartigen erfindungsgemäß ausgebildeten Schmiermittel-Entgasungseinrichtung kann eine sehr effektive Entgasung des Schmiermittels erzielt werden.
Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein in der Schmiermittel-Entgasungseinrichtung oberhalb des Schmiermittels angeordneter Entgasungsraum mit einer Vakuum-Erzeugungseinrichtung verbunden. Hierdurch kann das Entgasen des Schmiermittels beschleunigt werden. Ferner kann hierdurch eine effektivere Entgasung erzielt werden. Zum Sammeln des Schmiermittels weist die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung vorzugsweise eine Kammer auf, über der sodann der Entgasungsraum vorgesehen ist.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand einer bevorzugten Ausführungsform am Beispiel einer einstufigen Drehschieberpumpe näher erläutert.
Die Figur zeigt eine schematische Schnittansicht einer einstufigen Drehschieberpumpe.
Die Drehschieberpumpe weist ein Gehäuse 10 auf, in dem ein Schöpfraum 12 ausgebildet ist. Der Schöpfraum 12 ist im dargestellten Ausführungsbeispiel in drei Kammern 14 unterteilt. Innerhalb des Schöpfraums 12 ist ein Förderelement angeordnet, das ein Rotorelement 16 aufweist. Das Rotorelement 16 ist in dem Schöpfraum 12 exzentrisch angeordnet. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Förderelement ferner drei Schieber 18 auf, die von dem Rotorelement 16 getragen sind. Hierzu weist das Rotorelement 16 drei radial verlaufende Schlitze 20 auf, in denen jeweils ein Schieber 18 radial verschiebbar angeordnet ist. Der gegebenenfalls federbelastete Schieber 18 liegt jeweils mit einer Kante 22 an einer Innenwand 24 des Schöpfraums an.
Durch Rotation des Förderelements 16 (gemäß dem Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn) wird durch einen Einlass 26 aus einem mit dem Einlass verbundenen zu evakuierenden Raum 28 gasförmiges Medium angesaugt bzw. aus dem Raum 28 abgepumpt. Aufgrund der exzentrischen Anordnung des Rotorelements 16 erfolgt ein Komprimieren des angesaugten Mediums in den Kammern 14. Das komprimierte Medium wird über einen Auslass 30 aus dem Schöpfraum 12 bzw. der entsprechenden Kammer 14 des Schöpfraums ausgestoßen.
Ein Anlagebereich 32 zwischen den Außenkanten 22, der Schieber 18 und der Innenwand 24 wird mittels Schmiermittel wie Öl abgedichtet. Hierzu wird das Schmiermittel über eine beispielsweise als Pumpe ausgebildete schematisch dargestellte Schmiermittel-Zuführeinrichtung 34 über nicht dargestellte, in dem Pumpengehäuse 10 ausgebildete Schmiermittel-Leitungen dem Rotorelement 16 zugeführt, beispielsweise über eine axiale Bohrung 30 in dem Rotorelement 16 und über radiale Kanäle 38 in die Schlitze 20. Aus den Schlitzen 20 wird das Schmiermittel über in den Schiebern 18 angeordnete Förderkanäle 40 in den Anlagebereich 32 gefördert. Bei der Kompression des aus der Kammer 28 abgepumpten gasförmigen Mediums wird ein Teil des Schmiermittels von dem Medium aufgenommen bzw. mitgerissen. Durch den Auslass 30 wird so mit Schmiermittel wie Öl angereichertes komprimiertes Medium ausgestoßen.
Zum Abscheiden des Öls aus dem ausgestoßenen komprimierten Medium ist der Auslass 30 mit einem Ölabscheider 42 verbunden. Der Ölabscheider 42, der selbstverständlich auch in das Pumpengehäuse integriert oder unmittelbar an dieses angeschlossen sein kann, weist eine Auslassleitung 44 auf, in die das gereinigte gasförmige Medium strömt. Das von dem Ölabscheider 42 abgeschiedene Öl gelangt über eine Leitung 46 in eine Schmiermittel-Entgasungseinrichtung 48. Die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung 48 kann ebenfalls in das Pumpengehäuse integriert oder unmittelbar mit diesem verbunden sein.
Die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung 48 weist eine Kammer 50 auf, in der das Schmiermittel 52 gesammelt wird. Zur Entgasung des Schmiermittels 52 werden in das Schmiermittel 52 Ultraschallwellen eingebracht. Dies erfolgt mit Hilfe eines an der Kammer 50 angeordneten oder auch im Schmiermittel 50 vorgesehenen Schallwellengenerators 54. Mit Hilfe des Schallwellengenerators 54 werden sehr feine Bläschen 56 in dem Schmiermittel 52 erzeugt, wobei die Bläschen 56 zur Verdeutlichung vergrößert dargestellt sind. Die zunächst als Vakuumbläschen erzeugten Bläschen 56 nehmen Gas aus dem Schmiermittel 52 auf, da aufgrund des Druckunterschiedes das in dem Schmiermittel 52 gelöste Gas durch die Oberflächen der Bläschen 56 migriert. Hierdurch vergrößert sich das Volumen der Bläschen 56, so dass die Bläschen 56 in Richtung eines Pfeils 58 an eine Oberfläche 60 des Schmiermittels steigen und dort aus dieser austreten.
Zur Verbesserung der Entgasung des Schmiermittels 52 ist in der dargestellten Ausführungsform mit einem Entgasungsraum 62 eine Vakuumerzeugungseinrichtung 64 verbunden, oder es ist eine Vakuumverbindung zu den Kammern 14 oder Einlass 26 vorgesehen. Durch die Vakuumerzeugungseinrichtung 64 wird in dem Entgasungsraum 62 ein Unterdruck erzeugt und somit die Entgasung des Schmiermittels 52 verbessert.
Das entgaste Schmiermittel 52 gelangt über eine Rückführeinrichtung wie eine Leitung 66 im dargestellten Ausführungsbeispiel zur Schmiermittel-Zuführeinrichtung 34. Über die Schmiermittel-Zuführeinrichtung 34 wird das entgaste Schmiermittel sodann wieder, wie vorstehend beschrieben, zu den Anlagebereichen 32 gefördert.

Claims

Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe, insbesondere Drehschieberpumpe mit einem in einem Pumpengehäuse (10) ausgebildeten Schöpfraum (12), einem in dem Schöpfraum (12) angeordneten Förderelement (16, 18), einem mit dem Schöpfraum (12) verbundenen Einlass (26), einem mit dem Schöpfraum (12) verbundenen Auslass (30), einer Schmiermittel-Zuführeinrichtung (34) zur Zufuhr von Schmiermittel zu dem Förderelement (16, 18) und einem mit dem Auslass (30) verbundenen Schmiermittel-Abscheider (42), dadurch gekennzeichnet, dass mit dem Schmiermittel-Abscheider (42) eine Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) verbunden ist.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mit der Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) und der Schmiermittel-Zuführeinrichtung (34) eine Schmiermittel-Rückführeinrichtung (66) verbunden ist.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) einen auf das Schmiermittel (52) einwirkenden Schallwellengenerator (54), der vorzugsweise Ultraschallwellen erzeugt, aufweist.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schallwellengenerator (54) im Schmiermittel (52) Gasbläschen erzeugt.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) mit einer Vakuumerzeugungs-Einrichtung (64) zur Erzeugung von Vakuum in einem Entgasungsraum (62) der Schmiermittel-Einrichtung (48) verbunden ist.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Schmiermittel-Entgasungseinrichtung (48) zur Aufnahme von Schmiermittel (52) eine Kammer (50) aufweist.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Förderelement ein exzentrisch im Schöpfraum (12) angeordnetes Rotorelement (16) aufweist, das mehrere radial verschiebbare Schieber (18) trägt.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (18) an einer Innenwand (24) des Schöpfraums (12) anliegen.
Schmiermittelgedichtete Vakuumpumpe nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Schieber (18) jeweils mindestens einen Förderkanal (40) zur Zufuhr von Schmiermittel in einen Anlagebereich (32) zwischen Schieber (18) und Innenwand (24) aufweisen.